いまいち、はっきりわからない位相について

質問

インピーダンスに抵抗を加えると、電流が電圧よりも９０度位相がずれるのはなぜなのでしょうか？

回答No.3

noname#3227 · ベストアンサー

電気回路には抵抗性負荷、誘導性負荷(コイル)、容量性負荷(コンデンサ)があ
ります。

この3要素に単独に正弦波電圧を印加した場合はコイルとコンデンサで電圧と
電流の位相差が生じます。

コイルにおいては、電流が変化したとき、その逆方向に電圧が生じコイルのエ
ネルギーが蓄積や放出されます。
具体的には、増やそうとすると逆らい(電流に逆らう電圧を生じてエネルギー蓄
積)、減らそうすると加勢(電流を後押しする電圧を生じてエネルギー放出)する
と言うぐあいです、電流変化がなければコイルへのエネルギーの蓄積や放出は終
わります。

これが電流波形のテッペンで電圧が0になる理由で、電流に対して電圧の位相が
90°進む理由です。

コイルのエネルギーは逆らっているかと思えば、応援もしてくれるので純粋な
誘導性の負荷には電力消費はありません。

コンデンサにおいては、電圧が変化したとき電流が流れます、電圧が上昇して
いるときなら充電電流、下降しているときなら放電電流。

電圧の変化が止まれば電流も止まり、電圧に応じた電苛がコンデンサに蓄積さ
れています。

これが電圧波形のテッペンで電流が0になる理由で、電流に対して電圧の位相が
90°遅れる理由です。

コンデンサの電流は電荷が出たり入ったりしているだけなので、純粋な容量性
の負荷には電力の消費はありません。

コイルとコンデンサは90°進んで、90°遅れているので両者は180°の位相で
あり完全に逆位相になっています、つまりコイルがエネルギーを減らしながら
流した電流はコンデンサに蓄えられます、次にコンデンサが電圧を下げながら
放電した電流はコイルにエネルギーとして蓄えられます、電力の損失はないの
で、外部からの電力の供給を閉ざしても、これが永久に繰り返されます、これ
を共振と呼んでいます。

抵抗は電圧と同位相の電流を流すので、誘導性負荷や容量性負荷に対して90°
の位相を持つことになります。
抵抗性負荷は電流を妨げる要素なので電力消費を伴います。

因みに共振回路に抵抗を入れると電力を消費するので、電力の供給を閉ざすと
共振現象はいつか終わります。

共振周波数は誘導性(インダクタンス)と容量性(リアクタンス)の値が一致して
、両性質を相殺してしまう周波数の事を言います。

抵抗性(レジスタンス)と誘導性(インダクタンス)と容量性(リアクタンス)などの
総じて電気的特性を決定する値をインピーダンスと呼びます。

抵抗性の負荷も含んで共振現象にある回路は、抵抗性負荷だけが存在するように
見えます。

ラジオなどの同調回路はこれを利用して、聞きたい周波数を共振周波数に選んで
抵抗に、聞きたい電波だけの波形を取り出しています。

私も位相には高校時代に苦しみました、数式は全く理解できない人間なので、イ
メージや具体例にラジオを上げて理解できないかと書いて見ました。

邪魔だったら済みません、お詫びします。

回答No.2

ranx

私も「インピーダンスに抵抗を加えると」の意味がよく分かりませんが、
こんな回答ではどうでしょう。

参考URL：

http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=89689

回答No.1

mmky

[インピーダンスに抵抗を加えると、電流が電圧よりも９０度位相がずれるのはなぜなのでしょうか]

ちょっと抵抗を加えるとの意味がわかりませんが、基本的な考えを参考までに

電圧e=Esinωt　とすると、電流i は、i=e/R=(E/R)sinωt だから位相はずれない。sinωt がかわっていないということですね。
位相が遅れたり、進んだりするのはコイル（インダクタンス）やコンデンサー（容量）がある場合ですね。
コイル（L)の場合は、誘導電圧ですから、誘導電圧をVとするとV=dφ/dt　：φは電流による磁束ですから、φ=Li ですね。i=e/R=(E/R)sinωt を使えば、
V=d(Li）/dt=ωL(E/R)cosωt　になりますね。sinωt とcosωt は90度位相が変わりましたね。90度の遅れといいます。
容量の場合は、電流をためますから
V=1/C∫idt=(1/RωC)(-cosωｔ）になりますね。これは位相が90度進みといいます。
ということで、インピーダンスはこれらの性質を考慮して表示されています。
基本　Z=R、Z=jωL、Z=-j/ωC、とそれぞれの組み合わせ。+ｊは位相が90度遅れ、-ｊは位相が90度進みを考慮。
Z=R+JωL　R=ωL　であれば位相は45度の遅れ。など。
ということですね。交流電流の位相が90度進む、遅れるという場合は抵抗
ではなくインダクタンスLか容量Cの場合ですね。
参考程度に